JP2015526315A - プラスチック製品の製造に用いる方法及びその方法によって作製される製品 - Google Patents

Abstract

【課題】個別設計の程度が高い製品を製造すると同時に製品の部品を非常に微細な公差で作製すること。【解決手段】プラスチック製品１の製造の方法であって、プラスチック製品１は、第１の構成部品２及び第２の構成部品３を備え、第１の構成部品２及び第３の構成部品３は双方とも、プラスチックを成形することにより全体的に又は部分的に製造され、第１の構成部品２は、射出成形により、金型の中で成形されることによって製造され、第２の構成部品３は、３Ｄプリンティングにより、積層式に構築する工程によって作製され、第１の構成部品２は、取付け面７を有し、第１の構成部品２は、あらかじめ成形され、金型から取り出されてから、第２の構成部品３と接合され、第２の構成部品３を製造するための３Ｄプリンティング工程において形成される第１の材料層が、第１の構成部品２の取付け面７と同じ形状を有する表面上に形成される方法。【選択図】図１

Description

本発明は、玩具組立セットの組立要素等のプラスチック製品の製造に用いる方法及びその方法によって製造されるプラスチック製品であって、プラスチック製品は、第１の構成部品及び第２の構成部品を備え、第１の構成部品及び第２の構成部品は双方とも、プラスチックを成形することにより全体的に又は部分的に製造され、第１の構成部品は、射出成形によって等、金型の中で成形することによって製造され、第２の構成部品は、３Ｄプリンティングによって等、積層式に構築する工程によって作製され、第１の構成部品は、取付け面を有し、第１の構成部品は、第２の構成部品と接合されるのに先立ちあらかじめ成形され、金型から取り出され、第１の構成部品と第２の構成部品とは本接合されてプラスチック製品を形成する、方法及びその方法によって製造されるプラスチック製品に関する。

「本接合する（permanent joining）」とは、第１の構成部品及び第２の構成部品が本接合した後では、互いから分離することができないことを意図するようなやり方で行われる任意の接合であることを理解すべきである。プラスチック製品の本接合の例として、糊付け、溶接又ははんだ付けが挙げられる。

今日、例えば、基体上及び先に固化した液体層上に薄い液体層を繰り返し固化させることによって、基体上若しくは先にプリンティングされたプラスチック材料層上に熱可塑性プラスチック材料を繰り返しプリンティングすることによって、又は、例えばレーザーの使用によりプラスチック材料を積層式に繰り返しはんだ付けすることによって積層式に構築される、プラスチック製品の製造の幾つかの実施形態が知られている。それらの工程の共通の名称は、それらの工程が単一又は比較的少ない数の同一製品の製造に極めて適していることから、「ラピッドプロトタイピング」である。

さらに、特に、３Ｄプリンティングの関連ソフトウェアを用いる装置の開発により、家庭及びその他において完全に自身の設計にしたがって様々な製品をプリンティングすることが可能になっている。

国際公開第２０１０／０７１４４５号（特許文献１）は、プラスチック製品の製造に用いる方法であって、層状の構成部品が例えば３Ｄプリンティングによって先に製造され、そして、層状の第１の構成部品を受け入れることが可能な金型キャビティと、３Ｄプリンティングされた構成部品の表面に結合するプラスチックが導入される更なるスペースとを有する成形工具内に、その第１の構成部品がその後配置されるとする、プラスチック製品の製造に用いる方法を教示している。

このようにして、製品の一部を例えば３Ｄプリンティングすることが可能であり、その後、その構成部品は、成形工具において、例えば射出成形によって、３Ｄプリンティングされた製品の表面よりもはるかに滑らかな表面を有する表面を、３Ｄプリンティングされた製品上に続けて成形することが可能であるという点で、最終製品における中核構造としての役割を果たすことができる。

米国特許第７，１１０，５６２号（特許文献２）は、聴覚装置及びその聴覚装置を製造する方法であって、聴覚装置の、耳に嵌め入れられる部分の最も外側の構成部品が、スキャニングに基づき、個別に顧客に合わせられ、或る種のラピッドプロトタイピング、例えばＳＬＡによって製造され、ワイヤ及びスピーカーが別の構成部品内にともに射出成形される、聴覚装置及びその聴覚装置を製造する方法を教示している。スピーカー及びワイヤを含む、射出成形された構成部品は、最も外側の構成部品に挿入され、リンクモジュールによって最も外側の構成部品と相互接続される。

このようにして、聴覚装置の、耳に嵌め入れられる部分の形状を、可能な限り目立たなくなるまで個人ユーザーに適合させることが可能になり、また、欠陥部品がある場合、欠陥部品を交換することを容易にする。さらに、適合性が最適でない場合に聴覚装置の新たな外側部品を製造するのにさほどコストがかからないとともに多大な時間を要さない。

米国特許第５，９３９，００８号（特許文献３）は、ラピッドプロトタイピング装置及び３次元物体を製造するその方法であって、３次元物体が、可撓性シート基体上に複数の材料層を連続的に堆積させることによって作製され、完了すると、可撓性シート基体が物体から剥離される、ラピッドプロトタイピング装置及び３次元物体を製造するその方法を教示している。シート基材は、ポリマー、例えばアクリルとすることができる。

このようにして、３次元物体のプリンティングに用いる基体であって、特に、物体をプリンティングした後、基体が物体から容易に剥離されるという点で、物体を歪めることも物体に他の方法で損傷を与えることもない基体が達成される。

国際公開第２０１０／０７１４４５号 米国特許第７，１１０，５６２号 米国特許第５，９３９，００８号

これに基づき、本発明の目的は、製品の一部は非常に微細な公差で作製されるが、他の部分は個人の要望にしたがって設計されるような高い自由度で製造される製品を製造することが可能である、上記のような方法を提供することである。

これは、第２の構成部品を製造する３Ｄプリンティング工程において形成される第１の材料層が第１の構成部品の取付け面と同じ形状を有する表面上に形成されるという点で、本発明にしたがって達成される。

好ましい一実施形態によれば、前記第１の構成部品の前記取付け面は、前記第２の構成部品が製造されて前記第１の構成部品と接合されると、対応して構成されている前記第２の構成部品の取付け面に当接する。

糊付け、溶接、はんだ付け又は他の接合法によって前記第１の構成部品と実質的に接合される前記第２の構成部品は、必要に応じて、前記第１の構成部品に対して別個の部材として製造することができる。

前記第１の構成部品が先に製造され、その後、前記第２の構成部品が、あらかじめ溶接される前記第１の構成部品の前記取付け面上に直接３Ｄプリンティングすることによって製造することができる。

本発明の好ましい一実施形態によれば、前記第１の構成部品に加え、成形される１つ又は複数の更なる構成部品が製造され、前記第２の構成部品は、前記第１の構成部品及び前記更なる構成部品のうちの複数と実質的に接合される。

これに関して、前記成形される構成部品は、前記第２の構成部品と接合する際、前記第１の構成部品及び前記更なる構成部品が互いに対して特定の位置に保持されるように構成されている固定具（fixture）に配置されることが有利である。さらに、固定具を、ブロックの表面を頂面のプリントに対して正確に位置決めすることを確実にするように、また、これによって、ｘ方向及びｙ方向における開始点のプリンターの設定に対してブロックの向きを調整するように構成することができる。

さらに、本発明は、取付け面を有する第１の構成部品及び取付け面を有する第２の構成部品を含むプラスチック製品であって、前記２つの構成部品は、前記第１の構成部品の前記取付け面及び前記第２の構成部品の前記取付け面が互いに接合されて当接するようにして互いに固定され、前記第１の構成部品は成形され、前記第２の構成部品は、３Ｄプリンティングによって等、プラスチック材料から積層式に構築され、該製品は、上記の方法によって製造される、プラスチック製品に関する。

これに関して、前記第１の構成部品の前記取付け面は、前記第１の構成部品のプレート状部分上に構成されており、前記取付け面の反対側の、前記プレート状部分から、１つ又は複数のフランジが前記プレート状部分に対して或る角度で延びている。

取付け面が延在するプレート状部分が実質的に平らである場合、２つの構成部品を接合することが特に容易である。

さらに、前記フランジのうちの１つ又は複数は、途切れのない周囲（round-going）フランジとして構成することができる。

前記プレート状部分は、外縁を有し、前記周囲フランジのうちの１つは、前記プレート状部分の前記外縁から延びていることが特に有利である。

更なる有利な実施形態によれば、前記フランジのうちの１つ又は複数は、前記プレート状部分に対して実質的に直角で延びている。

本発明は、上記のプラスチック製品を含む玩具組立セットであって、前記第１の構成部品は、複数の組立要素を含む該玩具組立セットのうちの１つの組立要素を構成し、前記複数の組立要素は、複数の連結スタッドが設けられている表面を有する本体部分を有する組立要素と、反対側が、前記本体部分の、前記表面とは反対の側から延びている、複数のフランジを有して構成されている組立要素とを含み、これらのフランジは、別の組立要素上の前記連結スタッドと相互連結することができる連結フランジを形成するように構成されており、前記第１の構成部品上の前記本体部分の前記表面は、前記第２の構成部品との本接合する前記取付け面を含む、玩具組立セットに関して特に適している。

本発明による接合されたプラスチック製品の斜視図である。 図１に示されているプラスチック製品の第１の部品の斜視図である。 図１に示されているプラスチック製品の第２の部品の斜視図である。 固定具に配置されて示されている、本発明による接合されたプラスチック製品の代替的な一実施形態の斜視図である。 図４に示されているプラスチック製品の組立要素を１つの側面から見た斜視図である。 図５に示されているプラスチック製品の組立要素を下から見た斜視図である。

例として、図１は、例えば、玩具組立セットの組立要素から組み立てられた模型車両（図示せず）に取り付けることができる、リアスポイラー１の形態のプラスチック製品を示しており、リアスポイラー１は、組立プレート２の形態の第１の構成部品を含み、この組立プレート２上に第２の構成部品３が設けられており、この第２の構成部品３は、構成部品を、３Ｄプリンティングによって等、積層式に構築する方法によって製造される。

図２及び図３は、図１に示されているのと同じであるが、組み立てられていない状態の構成部品を示しており、図２から、組立プレート２が平面７を有しており、この平面７上に、玩具組立セット（図示せず）の他の要素と相互連結することができるように既知の様式で構成されている複数の連結スタッド５が構成されていることが、明らかであろう。例えば、図５及び図６に示されている組立要素４は、組立要素４に沿って構成されている周囲フランジ８の内側に連結スタッド５の面が当接する程度まで組立要素４の下側を組立プレート２上の連結スタッド５に押し付けることによって、組立プレート２と相互連結することができる。

しかしながら、本発明によれば、第２の構成部品３を取り付けることはオプションであるものの、このオプションによって、図１に示されているような組み立てられたリアスポイラー１は、図２に示されているような組立プレート２及び２つの組立要素４を用いる箱形状の組立要素だけで得ることができるものよりもはるかに高度に実際のリアスポイラーに似ている。このようにして、本発明を用いることによって、玩具組立セットにおいて、個別に設計された部片をプリンティングする、すなわち「カスタマイズ」することが可能になるとともに、よりリアルで有機的な外観を得ることができることが可能になる。

本発明によれば、適量の流体プラスチック材料を成形工具における実質的に閉じた金型キャビティ内に射出するような、射出成形による一般的に知られている成形工程によって、まず組立プレート２が製造される。そのような成形工程は、当業者に一般的に知られており、本明細書には示さない。

さらに、図３に示されている第２の構成部品３は、構成部品をプラスチックから積層式に構築する一般的に知られている工程において製造される。今日、例えば、基体上及び先に固化した液体層上に薄い液体層を繰り返し固化させることによって、又は、基体上若しくは先にプリンティングされたプラスチック材料層上に熱可塑性プラスチック材料を繰り返しプリンティングすることによって製品が積層式に構築される、プラスチック製品の製造に用いるそのような製造工程の幾つかの実施形態が知られている。それらの工程の共通の名称は、「ラピッドプロトタイピング」であり、そのような工程は、単一又は比較的少ない数の同一製品の製造に極めて適している。

組立プレート２の下側に、２つの組立要素４が取り付けられており、これらの組立要素４は、図５及び図６に示されているタイプのものであり、玩具組立セットの一部又は組立プレート２の一部を構成することができる。

図４は、図５及び図６に示されているような、２つの組立要素４が、第１の構成部品として用いられている、本発明の代替的な一実施形態を示しており、２つの組立要素４は、固定具１０に配置されており、この固定具１０が、固定具１０上に構成されている複数のガイドピン１２及び複数のプラットフォーム１１によって、２つの組立要素４を互いに対して所定位置に保持している。

したがって、図４に示されているプラスチック製品１は、第１の構成部品４及び更なる構成部品４を構成する２つの組立要素４から構成され、第１の構成部品４及び更なる構成部品４は双方とも、金型内で作製されるが、図３の開示に対応する第２の構成部品３が、第１の構成部品４及び更なる構成部品４の頂面９に積層式に３Ｄプリンティングされる。基体なしに３Ｄプリンティングすることは困難であるため、固定具１０は、３つのプラットフォーム１１がそれぞれ、２つの組立要素４の表面９と面一である表面を有するように構成されている。

Claims (13)

1. プラスチック製品（１）の製造の方法であって、
   前記プラスチック製品（１）は、第１の構成部品（２）及び第２の構成部品（３）を備え、該第１の構成部品（２）及び該第３の構成部品（３）は双方とも、プラスチックを成形することにより全体的に又は部分的に製造され、前記第１の構成部品（２）は、射出成形により、金型の中で成形されることによって製造され、前記第２の構成部品（３）は、３Ｄプリンティングにより、積層式に構築する工程によって作製され、前記第１の構成部品（２）は、取付け面（７）を有し、
   前記第１の構成部品（２）は、前記第２の構成部品（３）と接合されるのに先立ちあらかじめ成形され、前記金型から取り出され、前記第１の構成部品と前記第２の構成部品とは接合されて前記プラスチック製品を形成し、
   前記第２の構成部品（３）を製造するための前記３Ｄプリンティングの工程において形成される第１の材料層が、前記第１の構成部品（２）の前記取付け面（７）と同じ形状を有する表面上に形成されることを特徴とする、方法。
2. 前記第２の構成部品（３）が製造されて前記第１の構成部品（２）と接合されると、前記第１の構成部品（２）の前記取付け面（７）は、対応して構成されている前記第２の構成部品（３）の取付け面（６）に当接することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 糊付け、溶接、はんだ付け又は他の接合法によって前記第１の構成部品（２）と実質的に接合される前記第２の構成部品（３）は、前記第１の構成部品（２）に対して、別個の部材として製造されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１の構成部品（２）が先に製造され、その後、前記第２の構成部品（３）が、あらかじめ溶接された前記第１の構成部品（２）の前記取付け面（７）上に直接３Ｄプリンティングによって製造されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１の構成部品（２）に加え、成形される１つ又は複数の更なる構成部品が製造され、前記第２の構成部品（３）は、前記第１の構成部品（２）及び前記更なる構成部品（４）のうちの複数と実質的に接合されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記成形される構成部品（２、４）は、前記第２の構成部品（３）と接合される際、前記第１の構成部品（２）及び前記更なる構成部品（４）が互いに対して特定の位置に保持されるように構成されている固定具（１０）に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 取付け面（７）を有する第１の構成部品（２）及び取付け面（６）を有する第２の構成部品（３）を有するプラスチック製品であって、
   前記２つの構成部品（２、３）は、前記第１の構成部品（２）の前記取付け面（７）及び前記第２の構成部品（３）の前記取付け面（６）が互いに接合されて当接するようにして互いに固定され、
   前記第１の構成部品（２）は成形され、前記第２の構成部品（３）は、３Ｄプリンティングによって等、プラスチック材料から積層式に構築され、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法によって製造されることを特徴とする、プラスチック製品。
8. 前記第１の構成部品の前記取付け面（７）は、前記第１の構成部品（２）のプレート状部分上に構成されていること、及び、
   前記取付け面の反対側の、前記プレート状部分（２）から、１つ又は複数のフランジ（８）が前記プレート状部分（２）に対して或る角度で延びていることを特徴とする、請求項７に記載のプラスチック製品。
9. 前記取付け面（７）が延在している前記プレート状部分（２）は、実質的に平らであることを特徴とする、請求項８に記載のプラスチック製品。
10. 前記フランジ（８）のうちの１つ又は複数のそれぞれは、途切れのない周囲フランジ（８）として構成されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載のプラスチック製品。
11. 前記プレート状部分（２）は、外縁を有し、
    前記周囲フランジ（８）のうちの１つは、前記プレート状部分（２）の前記外縁から延びていることを特徴とする、請求項１０に記載のプラスチック製品。
12. 前記フランジ（８）のうちの１つ又は複数は、前記プレート状部分（２）に対して実質的に直角で延びていることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか１項に記載のプラスチック製品。
13. 請求項７〜１２のいずれか１項に記載のプラスチック製品（１）を含む玩具組立セットであって、
    前記第１の構成部品（２）は、複数の組立要素（４）を含む該玩具組立セットのうちの１つの組立要素（４）を構成し、
    前記複数の組立要素（４）は、複数の連結スタッド（５）が設けられている表面（９）を有する本体部分を有する組立要素（４）と、反対側が、前記本体部分の前記表面（９）とは反対の側から延びている、複数のフランジ（８）を有して構成されている組立要素（４）とを備え、
    前記フランジ（８）は、別の組立要素（４）上の前記連結スタッド（５）と相互連結することができる連結フランジ（８）を形成するように構成されており、
    前記第１の構成部品（２）上の前記本体部分の前記表面（９）は、前記第２の構成部品（３）と本接合する前記取付け面（７）を備えることを特徴とする、玩具組立セット。

Images